EN / DA
Krop og sind

Stamcelle-gåde løst: Retningssans afgør cellers skæbne

Hvis forskere kan styre udvikling af stamceller til færdigudviklede celler, kan de kurere fx blindhed eller diabetes. Ved at finde de signaler, der styrer disse processer, kan forskere nu efterligne dem i et reagensglas. De har fundet frem til, at cellernes skæbne afgøres af deres retningssans og omgivelser. Resultatet vil accelerere arbejdet med at kurere sygdommene.

Hvordan ét befrugtet æg kan dele og udvikle sig for at blive til et helt menneske er en gåde for de fleste. Stamcelle-forskere forsøger ikke kun at forstå, men også at genskabe processen, der skaber celler, væv og organer. En dansk forskergruppe har undersøgt, hvordan kroppen skaber de komplicerede rørsystemer, der transporterer væsker og gasser gennem kredsløb og organer. Disse banebrydende resultater er netop publiceret i Nature Cell Biology.

”Når man sammenligner kompleksiteten af den menneskelige organisme med antallet af gener i vores genom, er det indlysende, at vores krop må genbruge mange af generne på en eller anden måde. Ikke desto mindre blev vi forbløffede, da vi indså, at det er de samme signaler, der styrer udviklingen af kroppens rørsystemer, der også regulerer stamcellernes skæbne," forklarer professor og centerdirektør Henrik Semb fra Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Biology på Københavns Universitet.

Oprindeligt var forskerne ret sikre på, at det var forskellige signaler, der udviklede skabelsen af rør og stamceller i de samme organer. De forventede i stedet at finde et meget komplekst system til at styre de to processer, men de tog fejl.

"Vi fandt ud af, at kroppens biologiske rørsystem påvirker organers struktur - og at ændringer i strukturerne påvirker stamcellernes skæbne inden i rørene. Vi fik derfor ideen, at fælles egenskaber i de to typer af celler påvirker begge processer."

Samme signal – forskellig effekt

Sammen med internationale samarbejdspartnere fandt Henrik Semb og hans kolleger Zarah Löf-Öhlin og Pia Nyeng ud af, at processerne blev styret af cellernes polaritet, dvs. cellernes evne til at mærke, hvad der er op og ned. Afgørende for stamcellers udvikling er, om de på et tidligt tidspunkt i den udviklende bugspytkirtel peger mod eller væk rørenes inderside.

"Og lidt senere i processen er cellernes retningssans faktisk også afgørende for, om cellerne bliver til de insulinproducerende betaceller. Det viser sig, at det er samme signaleringsvej – via den epidermal vækstfaktor EGF – der styrer både dannelsen af rør og modningen af betaceller ved at ændre cellernes retningssans. Dette er en virkelig fantastisk og enkel mekanisme."

Selv om begge processer styres af EGF, er det altså selvsamme signal, der først regulerer skabelsen af det rørformede system og senere i processen betacellernes dannelse. Præcis hvordan det kan lade sig gøre, er forskerne nu gået i gang med at undersøge.

"Vi er overbeviste om, at den dynamiske regulering af cellernes polaritet er en nøgle til at styre afgørende udviklingsprocesser i mange organer, fx af nervesystemet under fosterets udvikling. Når så mange menneskelige organer består af polariserede celler, tyder det også på, at den mekanismen er tilsvarende i andre organer. "

Stræber mod at kurere diabetes

For at sikre, at mekanismen bag udviklingen af bugspytkirtlen ikke kun fandtes i mus, besluttede forskerne sig for at undersøge, om de kunne genfinde den i menneskers celler.

"Vi fandt, at den samme mekanisme gælder for udviklingen af menneskets bugspytkirtel. Det understreger betydningen af vores opdagelse. I mange år er vi blevet bedre og bedre til at dyrke stamceller og få dem til at udvikle sig til insulinproducerende celler, der ligner beta-celler. Processen har dog skulle gøres mere robust og effektiv for for alvor at kunne bruges."

Deres nye opdagelse løser begge udfordringer og vil derfor bidrage til den enorme opgave med i fremtiden at udvikle og gøre stamcellebaserede terapier mod diabetes tilgængelig for alle, der har brug for dem.

"Det er klart, at hvis vi først forstår kroppens effektive og robuste udvikling af de insulinproducerende betaceller, vil vi kunne forbedre vores evne til i laboratoriet at genskabe processen med at udvikle menneskelige stamceller til betaceller. På den måde kan vi forhåbentligt erstatte tabte eller ødelagte betaceller i mennesker og måske behandle eller kurere diabetes. "

Artiklen “EGFR signalling controls cellular fate and pancreatic organogenesis by regulating apicobasal polarity” er udgivet i Nature Cell Biology. En af artiklens hovedforfattere, professor Henrik Semb, er direktør for Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Biology på Københavns Universitet. Centret har fra 2010-2017 modtaget knap 700 mio. kr. i forskningsstøtte fra Novo Nordisk Fonden.

Henrik Semb
Professor
Henrik Semb is professor of stem cell and developmental biology of the pancreas and Executive Director of the Novo Nordisk Foundation Center For Stem Cell Biology at the Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen. His research during the past 15+ years has been focused on elucidating basic mechanism in morphogenesis and cell differentiation during organogenesis using a combination of in vivo and in vitro genetic and cell biological experimental tools. In parallel, Professor Semb is heading a translational research program with particular interest to make human pluripotent stem cells usable as a source for mature insulin-producing beta cells for cell therapy in diabetes. In that area, he recently entered into a strategic partnership and became Director for Translational Stem Cell Research at the Helmholtz Diabetes Center, Helmholtz Zentrum München, in spring 2018. The current focus of the translational program lies on GMP adaptation of differentiation protocols, and establishment of new strategies for efficient expansion of beta cell pancreatic progenitors, towards the first stem cell-based clinical cell replacement . Professor Semb holds several patents and has previously acted as a co-founder and scientific advisor for the Gothenburg based company Cellartis AB that was bought by Takara Bio Inc in 2014. More recently he was involved in the start-up company Pancryos aiming to develop a next generation stem cell derived allogeneic cell therapy for type 1 diabetes. More information about Professor Semb’s ongoing basic and translational research projects can be found at: https://danstem.ku.dk/research1/semb_laboratory/